Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Рис. 11.6. а) Прибор для выдувания пузырьков в жидкости. б)-г) В начале выдувания пузырька радиус кривой поверхности жидкости постепенно уменьшается, д) Под конец выдувания радиус поверхности снова увеличивается

Рис. 11.7. Две среды граничат по сферической поверхности радиуса R, обращенной вогнуто­стью влево. При равновесии давление среды слева от границы больше, чем давление среды справа от границы, на величину 2σ/R

Расчет приводит к следующему выводу: при наличии сфе­рической поверхности жидкости радиуса R имеется разность давлений

Где p2— давление со стороны вогнутости, а р1— давление со стороны выпуклости (рис. 11.7).

11.5. Капиллярные явления

В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дере­во). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидко­стями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фи­тиля в керосиновой лампе и т. д.

Очень часто жидкость, впиты­ваясь в пористое тело, поднимается вверх; например, поднимаются вверх чернила, впитывающиеся в промокательную бумагу. Подобные явления можно также наблюдать в очень узких стеклянных трубках. Узкие трубки называются капиллярными.

Опустим такую трубку в жидкость. Если жидкость смачи­вает стенки трубки, то она поднимается по стенкам трубки над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка. Если жидкость не смачивает стенки, то, на­оборот, уровень жидкости в узкой трубке устанавливается ниже, чем в широкой (рис. 11.8).

Как объясняются описанные явления? Поверхность жидкости около стенки изгибается вверх или вниз в зависимости от того, смачивает она стенку или нет. В узкой трубке края жидкости образуют всю поверхность жидкости так, что поверхность имеет вид, напоминающий полусферу (так назы­ваемый мениск), в случае смачивающих жидкостей обращенную вверх вогнутостью, а в случае несмачивающих — вверх выпукло­стью (рис. 11.9). Наличие кривой поверхности жидкости связано с наличием разности давлений: под вогнутым мениском давление жидкости меньше, чем под плоским, и это ведет к тому, что в случае вогнутого мениска жидкость поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление не компенсирует разность давлений; под выпуклым мениском давление больше, чем под плоским, и это ведет к опусканию жидкости в узких трубках.

Таким образом, в узкой трубке смачивающая жидкость уста­навливается выше уровня в широкой трубке, а несмачивающая устанавливается ниже уровня в широкой трубке. Высота подня­тия жидкости в капиллярной трубке тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости и чем меньше радиус трубки и плотность жидкости. Это положение можно отне­сти и к твердым материалам, пронизанным тонкими каналами неправильной формы. Если материал смачивается водой, то она втягивается в него на тем большую высоту, чем уже каналы.

11.6. Высота поднятия жидкости в капиллярных трубках.

Итак, высота Н поднятия жидкости в капиллярных трубках за­висит от радиуса R канала в трубке, поверхностного натяже­ния σ и плотности жидкости. Выведем формулу, связывающую эти величины. Наибольший интерес представляют случаи, ко­гда жидкость хорошо смачивает стенки трубки, т. е. стремится растечься по поверхности стенок. Наш расчет будет относиться именно к этим случаям.

Примем, что поверхность жидко­сти внутри капиллярной трубки име­ет строго сферическую форму, ради­ус которой равен радиусу капилляра (рис. 11.10). Непосредственно под вогнутым менис­ком давление жидкости меньше ат­мосферного давления рат на величину 2σ/R, т. е. равно рат — 2σ/R. На глу­бине h, соответствующей уровню жид­кости в широком сосуде, к этому дав­лению прибавляется гидростатическое давление ρgh. В широком сосуде на том же уровне, т. е. непосредственно под плоской свободной поверхностью жидкости, давление равно атмосферному давлению рат. Так как имеет место равновесие жидкости, то давления на одном и том же уровне равны. Следо­вательно

т. е. высота поднятия жидкости в капилляре пропорциональ­на ее поверхностному натяжению и обратно пропорциональ­на радиусу канала капилляра и плотности жидкости.

Рис. 11.10. К выводу фор­мулы высоты поднятия жидкости

Далее, необходимо ввести понятие угла смачиваемости (рис. 11.11).

Угол θ называеют краевым углом смачивания.

Чем меньше ϴ, тем сильнее смачивание. Предельный случай будет соответствовать полному смачиванию, т.е. растеканию жидкости по всей поверхности твердого тела.

Рис. 11.11. Угол смачивания ϴ

ЛЕКЦИЯ №12. КАПИЛЛЯРНЫЙ КОНТРОЛЬ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ

12.1 Классификация и особенности капиллярных методов

Капиллярная дефектоскопия - метод дефектоскопии, основанный на проникновении определенных жидких веществ в поверхностные дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

Данный метод пригоден для выявления несплошностей с поперечными размером 0,1 - 500 мкм, в том числе сквозных, на поверхности черных и цветных металлов, сплавов, керамики, стекла и т.п.

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом дефектов, вы­ходящих на поверхность, и позволяют контролировать изделия лю­бых форм и размеров, изготовленных как из металлических, так и неметаллических материалов. Имеют ограниченное применение для сварных швов, так как требуют предварительной механической обра­ботки их поверхности с целью удаления чешуйчатости, брызг, окали­ны и обеспечения плавных переходов между основным и наплавлен­ным металлом. Капиллярный контроль в зависимости от типа про­никающего вещества разделяют на контроль с помощью жидких проникающих растворов различного состава и контроль с примене­нием фильтрующихся суспензий.По способу получе­ния первичной информации (в зависимости от состава проникающе­го раствора) выделяют яркостный, цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной методы.
Яркостный (ахроматический) метод основан на регистрации контраста ахроматического индикаторного следа (рисунка) на по­верхности контролируемого объекта в видимом излучении. Простей­шим примером применения яркостного метода является метод керосиновой или керосино-масляной пробы. При этом в качестве пенет­ранта используют керосин или его смесь с маслом, а в качестве проявителя — водный или спиртовый раствор мела (спиртовый со­хнет быстрее).
Цветной (хроматический) метод в отличие от яркостного осно­ван на регистрации цветных (как правило, ярко-красных) индика­торных следов и отличается несколько большей чувствительностью. Недостатком цветного метода являются высокие требования к остро­те зрения, а также отсутствие у контролера нарушений цветового восприятия — дальтонизма (дальтонизм — привилегия мужчин, женщины этим страдают очень редко).
Люминесцентный метод предусматривает введение в пенетрант люминофоров и дополнительно требует наличия источника ультра­фиолетового излучения. При облучении индикаторных следов длин­новолновым ультрафиолетовым излучением происходит люминесцирование видимым излучением. Это обеспечивает резкое увеличение контраста индикаторных следов на фоне поверхности контролируе­мого объекта и повышает чувствительность по сравнению с яркостным методом в некоторых случаях в несколько раз.
Люминесцентно-цветной метод объединяет достоинства и недос­татки рассмотренных выше методов. Индикаторный след от дефекта при этом светится при ультрафиолетовом облучении и окрашен при освещении в видимом диапазоне спектра.
С применением фильтрующихся суспензий контролируют кон­струкции, изготовленные из пористых материалов. Суспензия в своем составе помимо проникающей жидкости содержит цветные, люминесцентные или люминесцентно-цветные вещества размером от тысячных до сотых долей миллиметра. Проникающая жидкость при нанесении ее на контролируемую поверхность поглощается пористым материалом. Поглощение происходит наиболее интен­сивно в зоне дефектов, при этом взвешенные частицы, размер ко­торых превышает размер пор, отфильтровываются и осаждаются над дефектом. Места скопления отфильтрованных частиц легко об­наруживаются за счет контраста на фоне поверхности контроли­руемого объекта.
В отдельный класс выделяют методы, в которых для индикации пенетранта, оставшегося в полости дефекта, применяют различные приборные средства. Эти методы называют комбинированными, по­скольку в них для обнаружения дефектов помимо капиллярного эф­фекта используют также другие физические явления. Согласно ГОСТ 18442-80, к ним относят: капиллярно-электростатический, капиллярно-электроиндукционный, капиллярно-магнитный, капил­лярно-радиационный поглощения и капиллярно-радиационный от­ражения.

12.2. Применение капиллярного метода неразрушающего контроля

Капиллярный метод контроля применяется при контроле объектов любых размеров и форм, изготовленных из черных и цветных металлов, легированных сталей, чугуна, металлических покрытий, пластмасс, стекла и керамики в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности, металлургии, при строительстве ядерных реакторов, в автомобилестроении, электротехники, машиностроении, литейном производстве, штамповке, приборостроении, медицине и других отраслях. Для некоторых материалов и изделий этот метод является единственным для определения пригодности деталей или установок к работе.

Капиллярная дефектоскопию применяют также и для неразрушающего контроля объектов, изготовленных из ферромагнитных материалов, если их магнитные свойства, форма, вид и месторасположение дефектов не позволяют достигать требуемой по ГОСТ 21105-87 чувствительности магнитопорошковым методом и магнитопорошковый метод контроля не допускается применять по условиям эксплуатации объекта.

Необходимым условием выявления дефектов типа нарушения сплошности материала капиллярными методами является наличие полостей, свободных от загрязнений и других веществ, имеющих выход на поверхность объектов и глубину распространения, значительно превышающую ширину их раскрытия.

Капиллярный контроль используется также при течеискании и, в совокупности с другими методами, при мониторинге ответственных объектов и объектов в процессе эксплуатации.

Достоинствами капиллярных методов дефектоскопии являются: простота операций контроля, несложность оборудования, применимость к широкому спектру материалов, в том числе к немагнитным металлам.

Характеристики

Список файлов лекций